Cell?Rep Med丨綜述：系統闡述智能工程菌邁向精準醫學新時代

近年來，合成生物學與精準醫學的深度融合，正在重塑疾病治療的技術范式。隨著基因編輯、模塊化基因電路設計以及系統生物學理論的不斷成熟，科學家已能夠對微生物進行高度可編程改造，使其具備環境感知、邏輯運算與精準釋放治療分子的能力。工程化細菌因此被視為活體藥物（ L iving therapeutics ）的重要代表，有望在腫瘤治療、炎癥性疾病調控以及代謝疾病干預等領域實現突破。然而， 如何構建 穩定 的智能 化 基因線路、如何確保遺傳穩定與生物安全、以及如何推動其臨床轉化，仍是該領域亟待系統梳理和深入探討的關鍵問題 。

今日 ， 同濟大學附屬同濟醫院乳腺外科中心蔡豐豐主任、喬龍亮博士團隊聯合華東師范大學生命科學學院首批尚思探索學者葉海峰教授與田進忠研究員，在國際學術期刊 Cell Reports Medicine 以 Review 形式發表題為 Engineering s mart b acteria for the n ext g eneration 的綜述論文。該文系統總結了智能工程菌從基因線路設計到精準醫學應用的發展脈絡，深入分析了其技術邏輯與轉化前景，為下一代活體治療策略提供了清晰的發展框架。

文章首先回顧了合成基因電路在細菌系統中的構建策略，包括環境響應開關 、 邏輯門設計、正負反饋調控回路、 記憶基因線路 等關鍵技術。通過模塊化組裝與多層級調控，工程菌能夠對 小分子、物理刺激（光、熱）、 腫瘤微環境、炎癥因子或代謝異常信號進行精確識別，并在特定時空條件下啟動治療程序，實現 “ 按需治療 ” 和 “ 條件釋放 ”（圖1）。這種基于可編程生物系統的治療模式，突破了傳統藥物持續暴露與被動分布的局限，顯著提升了治療的特異性與安全性。

圖 1 智能細菌工程化原理

在應用層面，綜述重點討論了工程菌在疾病檢測 、 疾病治療中的潛在優勢 和 前沿進展。作為可編程生物傳感器，工程菌能夠通過構建多輸入邏輯基因電路，對炎癥因子、代謝異常信號、腫瘤相關分子或微環境特征進行精準識別，并將復雜生物信號轉化為可檢測的輸出信號，實現高靈敏度、低成本的疾病早期篩查與動態監測。與傳統體外診斷技術相比，工程菌傳感系統具有可持續響應、體內原位感知以及邏輯整合能力強等優勢，為實時、精準的疾病監測提供了新的技術路徑。在治療方面，文章進一步分析了工程菌在腫瘤免疫調控中的應用前景。例如，通過構建能夠識別腫瘤特異信號的多輸入邏輯電路，工程菌可在腫瘤微環境中選擇性表達免疫調節分子或細胞毒性因子，從而增強抗腫瘤效果并降低系統性毒副作用。同時，綜述還總結了其在炎癥性腸病、代謝性疾病以及微生態失衡相關疾病中的研究進展，展現了工程菌在 “ 診療一體化 ” 方向上的廣闊應用空間。

在展望部分，作者系統分析了當前工程菌臨床轉化所面臨的核心挑戰，包括遺傳穩定性驗證、生物安全與生物遏制策略、批間一致性、可重復性以及符合 GMP 規范的規模化生產體系建設等問題。文章指出，未來需在分子設計優化、標準化生產流程與監管框架完善之間建立協同機制，推動工程菌療法從實驗室研究向規范化臨床應用穩步過渡。

該綜述的發表，標志著同濟醫院與華東師范大學在合成生物學與臨床醫學交叉領域的合作取得重要進展，也體現了多學科協同推動精準醫學創新發展的戰略布局。團隊表示，將繼續圍繞智能生物系統構建與疾病精準干預開展深入研究，推動活體藥物技術向更安全、更可控、更高效的方向發展，為重大疾病治療提供新的解決方案。

同濟大學附屬同濟醫院乳腺外科中心博士后 喬龍亮 為 第一作者，同濟醫院乳腺外科中心 蔡豐豐 主任 、 喬龍亮 博士， 華東師范大學生命科學學院 葉海峰 教授和 田進忠 研究員 為論文的共同通訊作者 ， 此外 華東師范大學生命科學學院 2023 級博士研究生 王智浩 和 同濟大學附屬同濟醫院乳腺外科中心 唐莎莎 醫生對綜述撰寫也提供了幫助 。

原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.xcrm.2026.102681

制版人：十一

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